高級氧化技術在水處理中的應用

張文福

【摘要】概述了高級氧化技術的定義、發展歷史和特點，介紹了光催化氧化技術、臭氧技術和超臨界水氧化技術等典型高級氧化技術的原理及其在水處理中的應用進展情況。總結了高級氧化技術發展現狀，提出了存在的問題，并對其今后發展提出展望。

【關鍵詞】高級氧化技術 ?廢水處理 ?光催化 ?臭氧化

一、概述

（一）高級氧化技術的定義

高級氧化技術定義為可產生大量的·OH自由基過程，利用高活性自由基進攻大分子有機物并與之反應，從而破壞油劑分子結構達到氧化去除有機物的目的，實現高效的氧化處理。

（二）高級氧化技術的特點

高級氧化法具有以下特點：

（1）形成有機物的自身氧化，從而使有機物得以降解，這是各類氧化劑單獨使用都不能做到的。

（2）反應速度快，多數有機物與羥基自由基的氧化速率常數可達106～9M-1S-1。

（3）不會產生二次污染。

（4）反應條件溫和，通常對溫度和壓力無要求，很容易加以控制。

（5）它既可作為單獨處理，又可以與其它處理過程相匹配，可降低處理成本。

（6）操作簡單，易于設備化管理。

二、光催化氧化技術

（一）光催化氧化技術的原理

光催化氧化技術的原理是利用光照射催化劑（一般為TiO2）產生導帶電子（e–）和價帶空穴（h+），進而對污染物進行氧化降解。其中光生電子具有強的還原性，而空穴則通過奪取催化劑表面吸附的HO23–、OH–、有機物（RH）等物質的電子發生一系列反應，生成羥基自由基·OH。·OH的氧化能力僅次于氟，其氧化作用幾乎無選擇性，可以氧化包括微生物難降解化合物在內的眾多有機物，使之完全礦化。

（二）光催化技術與其他技術結合的應用

（1）光催化與氧化劑組合。氧化劑與光催化組合反應降解環境中的污染物首先引起了人們的關注，人們在這方面進行了大量進而對污染物進行氧化降解。其中光生電子具有較探討并取得了良好的效果。大量的研究表明H2O2對光催化降解有較大的促進作用。

（2）生物法強化光催化。生化工藝強化光催化氧化在廢水進行進一步深度處理上取得了很好效果，特別是處理那些對微生物有毒的物質，光催化氧化與生物技術組合更顯示出強的優點。光催化氧化和生物氧化對污染物有去除作用，光催化法對色度的去除作用和生物氧化法對溶液COD 的去除作用分別顯示出各自的優勢，因此光催化法和生物氧化法的組合可以起到互補的優勢。

三、臭氧技術

（一）臭氧技術的原理

O3對水質的凈化消毒作用主要是基于O3本身及其溶解于水后產生的二次產物羥基、原子態氧以及過氧化氫等的強氧化作用實現的，其中主要是臭氧和羥基起作用。臭氧的分解過程是一個自由基連鎖反應，在這個連鎖反應中，羥基的氧化能力比臭氧還強。臭氧技術在處理水上并非臭氧單獨來完成的，主要是與溶液中的金屬離子或者固態金屬和金屬氧化物共同來完成的。利用溶液中金屬（離子）的均相催化臭氧化和固態金屬、金屬氧化物或負載在載體上金屬或金屬氧化物的非均相催化臭氧化。

（二）臭氧技術在水處理中的應用

（1）飲用水的凈化。臭氧用于凈水工藝已有悠久歷史，幾乎與最常用的氯同時開始被采用。早在1902年，德國就建立了世界上第一座用臭氧處理水質的大規模水廠。到1977年世界上至少有1036座應用臭氧處理的水廠。由于經濟發展水平有限，目前我國僅一些大城市的自來水廠如深圳東胡水廠北京田村山水廠、上海周家渡等已使用臭氧處理工藝。對一些頑強的病毒和芽孢，臭氧的滅活作用遠高于氯。

（2）工業廢水處理。目前在水處理中，臭氧主要用于廢水的三級處理以及受有機物污染水源的給水處理。采用臭氧氧化法不僅可以有效地去除水中的有機物，而且反應速度快，設備體積小。其次，廢水中所含的某些有機物，如表面活性劑（ABS）等，微生物無法將其分解，而臭氧卻很容易氧化分解這些物質。此外，臭氧還是一種有效的消毒劑，殺菌效果好、速度快，而且對消滅病毒也很有效。

四、超臨界水氧化—一種新興的高級氧化技術

超臨界水氧化法具有反應速度快、處理效率高，對難分解有機物的處理具有獨特的效果，并且不產生二次污染等優點，但它也存在一定問題，由于該技術屬于高溫高壓技術，因此，對設備性能要求高、投資大。

目前，超臨界水氧化法作為一種新興的廢水處理技術，在處理高濃度有毒有害廢水方面具有其他傳統的處理方法不可替代的優勢，但是我國在這方面的研究還有待加強，針對以上存在的問題提出以下建議：

（1）開展目前較少涉及的鹽的形成和沉淀動力學方面的研究。

（2）深入開展超臨界水氧化法系統設備材料的腐蝕損傷機理研究。

（3）進行有效的超臨界水氧化法系統在線檢測和監控技術開發。

（4）發展耐腐蝕耐高溫高壓的新材料：如不銹鋼、鎳基高溫合金、鈦及鈦合金、鉑及鉑合金以及陶瓷等。

（5）在熱能回收利用方面展開熱力學研究。

五、結論

高級氧化技術是20世紀80年代開始形成的處理有毒污染物的技術。然而，由于成本相對低廉，而且可以應用于大規模廢水處理場合的生物處理方法對這類有機物處理效果不佳，因此尋求對這類有機物的高效處理方法成為當前水處理研究的重要課題。

隨著世界各國對環境的保護工作日益加強，高級氧化技術的發展與應用正在迅速的發展起來。雖然高級氧化方法在應用上還存在許多問題，但同傳統的水處理方法相比，高級氧化技術也有著其它方法無法比擬的優勢。因此高級氧化方法在水處理中的應用日益廣泛。

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